水泥强度高、成本低且易于制造，因此成为现代建筑施工中的基础材料。
但水泥生产会带来环境代价，目前约占全球二氧化碳排放量的8%。
麻省理工学院在此介绍，其研究人员可能找到了一种限制这种影响的方法：在混合料中加入新材料，主要是小苏打。
该校称，实验室测试显示，这使15%的二氧化碳在混凝土凝固前矿化。
尽管混凝土作为现代建筑材料有诸多优点，包括强度高、成本低且易于制造，但其生产目前约占全球二氧化碳排放量的8%。
麻省理工学院团队近期的发现表明，在现有混凝土制造工艺中引入新材料，可能在不改变混凝土整体力学性能的情况下，大幅减少其碳足迹。
研究结果今日发表于期刊PNAS Nexus，刊载于一篇论文作者包括麻省理工学院土木与环境工程学教授Admir Masic和Franz-Josef Ulm、该校博士后Damian Stefaniuk和博士生Marcin Hajduczek，以及哈佛大学Wyss研究所的James Weaver。
水之后，混凝土是全球消耗量第二大的材料，也是现代基础设施的基石。然而，在制造过程中，大量二氧化碳会被释放出来，既包括水泥生产的化学副产物，也包括为这些反应提供能量所产生的排放。
混凝土生产相关排放中，约有一半来自燃烧石油、天然气等化石燃料。这些燃料用于加热石灰石和黏土的混合物，最终制成我们熟悉的灰色粉末——普通波特兰水泥（OPC）。加热所需能源未来可能由太阳能或风能等可再生能源发电替代，但另一半排放则是材料本身固有的：当矿物混合物被加热至1,400摄氏度（2,552华氏度）以上时，会发生化学转化，从碳酸钙和黏土变成熟料（主要由硅酸钙构成）与二氧化碳的混合物，后者会逸散到空气中。
在混凝土生产过程中，OPC与水、沙子和碎石等材料混合后会呈强碱性，似乎为以碳酸盐形式封存并长期储存二氧化碳创造了理想环境（这一过程称为碳化）。尽管混凝土有可能自然吸收大气中的二氧化碳，但这些反应通常发生在已硬化的混凝土内部，既会削弱材料，也会降低其内部碱度，从而加速钢筋腐蚀。这些过程最终会破坏建筑物的承重能力，并损害其长期力学性能。因此，这类缓慢发生的后期碳化反应可能历经数十年，长期以来一直被视为会加速混凝土劣化的不利途径。
Masic说：“这些硬化后碳化反应的问题在于，它们会破坏水泥基体的结构和化学性质，而这种基体原本能有效防止钢筋腐蚀；这会导致材料劣化。”
相比之下，作者发现的新型二氧化碳封存途径，是在混凝土搅拌和浇筑过程中、材料凝固之前极早形成碳酸盐，这或许能在很大程度上消除材料硬化后吸收二氧化碳所带来的有害影响。
这一新工艺的关键，是加入一种简单而廉价的成分：碳酸氢钠，也就是小苏打。团队在使用碳酸氢钠替代的实验室测试中证明，与水泥生产相关的二氧化碳总量中，最多有15%可在早期阶段实现矿化，足以有望显著降低这种材料的全球碳足迹。
Masic说：“这非常令人振奋，因为我们的研究拓展了多功能混凝土的理念，在生产和浇筑过程中融入二氧化碳矿化这一额外优势。”
此外，借助一种此前未曾描述的复合相的形成，所得混凝土凝固速度大大加快，同时力学性能不受影响。因此，这一工艺能提高建筑行业的生产效率：模板可以更早拆除，从而缩短桥梁或建筑的完工时间。
Masic说，这种由碳酸钙和水合硅酸钙构成的复合材料“是一种全新的材料”。“此外，通过它的形成，我们可以使早期混凝土的力学性能提高一倍。”不过他补充说，这项研究仍在进行中。“目前尚不清楚这些新相的形成会如何影响混凝土的长期性能，但这些新发现让人们对开发碳中和建筑材料的前景抱有乐观期待。”
混凝土早期碳化的理念并非新鲜事，目前已有多家公司在探索这一方法，以便在混凝土浇筑成所需形状后促进其吸收二氧化碳。麻省理工学院团队的最新发现则凸显出，混凝土在硬化前封存二氧化碳的能力一直被严重低估，也未得到充分利用。
Masic说：“我们的新发现还可以与近期在开发低碳混凝土外加剂方面的其他创新结合，为建成环境提供更加绿色、甚至碳负排放的建筑材料，让混凝土从问题转变为解决方案的一部分。”
这项研究得到了麻省理工学院混凝土可持续发展中心的支持。该中心由波特兰水泥协会和混凝土研究与教育基金会赞助。
